1.吐鲁番明嘉电力实业有限公司新疆吐鲁番838000;2.国网吐鲁番供电公司新疆吐鲁番838000
摘要:我国城市电力网正在向着大规模化建设,供电可靠性作为城网建设地重要指标,110kv城区变电站的设计就是成为建设中的关键环节。下面就接合作者实际工作经验,简要的分析无人值班变电站的要求,对其城区变电站设计技术进行探讨。
关键词:城区;变电站;设计技术
1电压的等级
根据国家标准,城网的送电电压为220kV,高压配电电压110(63.35)kV,中压配电电压为10kV,低压配电电压为380/220kV。选用电压等级时,要避免重复降压,力求简化,220kV,以下输配电网不超过4级电压。通过相关的资料计算,110/35/10kV,供电系统比110/10kV供电系统建设费用和年运行费用均要高10%左右,城网建设中将逐步取消35kV电压。
2电网接线
城网由送电线路,高压配电线路,中压配电线路以及联络各级电压线路的变、配电站组成。电网接线的要点如下:
(1)各级电压电网接线应该是标准化的;
(2)高压配电网的接线应该力求简化;
(3)下一级电网应能支持上一级电网。
国家标准,电网的标称电压为送电电压220kV,高压配电电压110(63、35)kV,中压配电电压10kV,低压配电电压380/220V。
根据采用架空线或电缆及变电站中变压器的容量和台数,选择接线。变电站接线要尽量简化,采用架空线路时,以两回路为宜,采用电缆线路时可为多回路。不论采用架空线还是电缆,当线路上T接或环入3个及以上变电站时,线路宜在两侧有电源,但正常运行时两侧电源不并列。高压配电变电站中压出线开关停用时,应能通过中压电网转移负荷,对用户不停电;高压配电变电站之间的中压电网应有足够的联络容量,正常时开环运行,异常时能转移负荷;严格控制专用线和不带负荷的联络线,以节约走廊和提高设备利用率。
3主变参数
3.1主变台数和容量
变电站配置2台或以上变压器,当一台故障停运时,其负荷自动转移至正常运行的变压器,此时变压器的负荷不应超过其短时容许的过载容量,以后再通过电网操作将变压器的过载部分转移至中压电网。符合这种要求的变压器运行率可用下式计算:
T={K×P(N-1)/N×P}×100%
式中T=变压器运行率;
K=变压器短时的容许过载率;
N=变压器台数;
P=单台变压器额定容量。
其中变压器短时允许的过载率应根据制造厂提供的数据,参照该变压器预计的全年实际负荷曲线,以过载而不影响变压器的寿命为原则来确定,一般可取过载率为1.3,过载时间为2h,计算结果为:当N=2时,T=65%;N=3时,T=87%(近似值)
长期以来市区变电站一般设置二台主变压器,随着城区负荷密度的增加,出现了3台主变设计方式。
变电站主变台数应根据供电区域负荷密度而定,市区内110kV供电半径宜取2km,供电范围为4km2,当负荷密度为20MW/km2及以上时,3台主变设计方式是合理的,此时主变利用率为86%,大大减少了变电站布点(已运行的永州市110kV凤凰园变电站3台50MVA)。
3.2短路阻抗值
根据《城市电力网规划设计导则》,对其各级电网的规划短路容量进行设定,变压器阻抗值的选择,与系统短路容量、变压器额定容量密切相关。据统计,目前110kV电网短路容量距40kA尚有一定的距离,但随着110kV主变容量的不断增大,10kV短路容量已经接近甚至超过了31.5kA,因此高阻抗变压器开始得到了应用。
3.3分接头选择
主变分接头应根据电网电压水平选择,根据《电力系统电压质量和无功电力管理规定》,110kV电源最高电压取110(1+7%)kV,最低电压取110(1-3%)kV,10kV母线电压合格范围为10~10.7kV。负荷高峰时10kV母线上投入无功补偿。为保证10kV母线电压在合格范围内,应采用有载调压变压器。变压器分接范围宜选择110±8×1.25%/10.5kV,根据经验基本能满足调压要求,具体选择则应该根据当地电网接构通过调相调压计算确定。
3.4变压器接线
10kV环网供电后,相位应保持一致,因此变压器接线应保持一致。目前110/10kV变压器大部分采用Y/△接线,有载调压开关装在高压侧。
4变电站主接线
4.1110kV主接线
长期以来,110kV变电站高压侧大多采用单母线分段接线,随着电网接构的改善,终端变电所主接线有逐渐简化的趋势,普遍采用桥型接线。相比其他主接线,桥型接线简单,投资节约,运行操作方便,适合于无人值班,在10kV网络较为完善,主变容量能满足需求时应尽量采用。
110kV进线侧可装设单相电压互感器,线路隔离开关的带电闭锁采用其余两相“高压带电显示闭锁装置”。当变电所距电源侧较近,经技术经济比较合理时,可不设断路器,主变故障时直接跳出原侧开关。随着变电所三台主变的出现,110kV主接线出现了扩大桥模式。扩大桥接线的好处是每一变电所只需两回进线,适用于输电线路比较紧张的情况,(尤其适用于市区110kV变电站),因此三台主变应尽量采用扩大桥接线。
4.210kV主接线
每台主变带8~12回出线,采用单母线分段接线。当采用手车柜(中置柜)时,一般不设旁路母线。但手车柜(中置柜)对于加工工艺要求较高,应注意选用质量较好的设备。
5平面布置、防火、环保
城区变电站总平面必须坚持节约用地、减少建筑面积的原则,布置应紧凑合理,由于SF6全封闭组合电器安装在屋外需设置加热和防雨装置,检修时还必须运入检修间或采取临时措施;而装于屋内则安装、检修、运行不受环境条件影响,故当规划部门没有特别要求时,宜采用半户内(主变在户外)布置。
这种型式变电站的设备布置紧凑、占地小,外形整齐美观,但是,这种布局使得综合自动化设备与一次主设备距离较近,其受到电磁环境干扰的问题就显现出来,主要表现有:
(1)综合自动化设备不明原因的误报警、误显示;
(2)计算机监视控制屏幕显示内容持续抖动、模糊、失真,使得操作人员无法确定操作对象。
为此,对变电站进行了电磁环境的屏蔽,主变压器室采用墙面覆盖金属丝网的屏蔽设计,把金属丝网覆盖在有效屏蔽面积上,能显著地提高屏敝效能,其特点是接构简单,成本低。实施效果非常明显。从直观观察,计算机监控屏幕内容发生抖动现象消失,屏幕内容整齐,没有紊乱现象,屏幕内容平移现象大幅度减少,效果良好。一层10kV配电装置采用手车(中置)柜单列布置、主控制室尽量远离电容器补偿装置。二层110kV配电装置采用GIS(SF6全封闭组合电器)。
6保护监控
无人值班变电站设计目前基本采用综合自动化系统。随着计算机技术、自动控制技术的不断完善和成熟,综合自动化设备性能日趋稳定,价格也逐渐下调。采用综合自动化,就应该采用分布式接构(10kV保护装置安装在开关柜上),以充分发挥其功能,减少二次电缆,降低造价,但分布式保护装置应尽量避免选用对外电磁干扰大的设备。其次,在地面层设置好的屏蔽层,以减少对外界的电磁干扰影响。除此之外,还可采用一些屏蔽电缆以免受电磁场的干扰。作为无人值班变电站,站内不宜设置固定的计算机监视设备(后台机),但应设置能与现场维护调试用便携式计算机相适应的硬、软件接口。
7交流所用电和直流系统
7.1交流所用电
变电站宜设置二台站用变压器,容量为80--100kVA。当变电站设置三台主变时分别接入1#、3#主变低压侧母线,设置二台主变时则分别接入其低压侧母线。站用电采用中性点直接接地TN系统,额定电压380/220V,采用单母线分段接线。
7.2直流系统
直流电源宜采用一组220kV蓄电池,容量应满足全站事故停电2h的放电容量,一般为200Ah,单母线接线。蓄电池组宜采用性能可靠、维护量少的蓄电池,如阀控式密封铅酸蓄电池等。直流系统应具有自动调节功能,充电装置实现智能化实时管理,井应设置一套微机直流接地监测装置。
8消防、通风
城区变电站多处繁华地区,消防要求特别高,在设备选型时应尽量考虑采用无油化设备,使得全站无易燃、易爆物,从根本上解决了消防难题,提高了防火的安全性,主变压器是全站最大的热源,一般尽量采用自冷方式。在设计中可考虑采用由地面绿化带自然进风,流经各设备用房,然后由排风机通过风管将室内的热空气抽至室外。主控室和高压室均设置空调。
9重视环境保护
环境保护:在注重外界对变电站污染的同时,更要重视变电站自身排污处理。
绿化:在变电站区内,通过合理地布置各建构筑物,在有限的土地内尽可能地增加绿化面积,提高绿化系数,使变电站做到四季绿色常在,从而保护环境、美化环境。
结束语:
总而言之,城市变电站主接线应力求简化,宜优先采用桥式或扩大桥接线,城市变电站宜设置二台主变,当负荷密度为20MW/km2及以上时可设置三台主变,为保证10kV母线电压在合格范围内,应采用有载调压变压器。
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